[发明专利]芳构化催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及低碳烷烃生产芳烃领域，具体涉及一种芳构化催化剂及其制备方法和应用。所述芳构化催化剂包含载体以及负载在载体上的金属活性组分，其中，所述金属活性组分包括铂，所述载体包含沸石和可选的粘合剂，且载体的外表面酸度不高于12μmol/g。本发明的芳构化催化剂应用于低碳烷烃的芳构化反应时，能提高反应产物BTX的收率并相应降低甲烷的选择性，所述催化剂具有较高的活性和长期稳定性。

技术领域

本发明涉及低碳烷烃生产芳烃领域，具体涉及一种芳构化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

典型的负载有贵金属的沸石催化剂用于催化乙烷脱氢芳构化。在芳构化催化剂的存在下，轻质烷烃(例如乙烷)可通过脱氢及芳构化反应生产轻质芳烃(苯、甲苯、二甲苯或BTX)和烯烃产品，同时，该过程还会产生甲烷和氢气这两种主要的产品。

与BTX和烯烃产品相比，甲烷的价值非常低。而且，从乙烷和其它液体产品中分离出甲烷和/或氢气是一种非常耗能的过程。与其它轻质烃不同的是，在乙烷的芳构化反应条件下，甲烷的转化是非常有限的，这导致催化剂的回收循环中甲烷积累。因此，在轻质烷烃脱氢芳构化反应中，减少低价值产品(如甲烷)的形成不仅能提高整个产品产量，还可以显著降低下游干燥气分离的昂贵成本以及再循环回路的负担。

从热力学角度考虑，轻质烷烃的芳构化通常需要高温反应才能获得有效转化。然而，高温条件下反应会导致焦炭和焦炭前驱物快速形成，从而使催化剂快速失活。

US 8772563、US 8692043和US 8871990均公开了将乙烷选择性地转化为芳烃的方法。这三篇专利文献公开的脱氢芳构化催化剂均是基于负载铂的ZSM-5催化剂。为了提高产物芳烃的选择性，催化剂都含有第二金属组分(例如镓、锡、铅、锗、铁)，以降低铂的氢解活性。虽然这些催化剂可显著降低甲烷的形成，但也导致催化剂的活性下降，即乙烷转化率下降，即在相同乙烷转化率的条件下，甲烷选择性并没有有效降低。

以US 8692043公开的脱氢芳构化催化剂为例，该催化剂是以Fe作为第二金属来衰减铂的脱氢作用来提高芳烃的选择性，由记载其结果的表1可知，与Pt/ZSM-5相比，催化剂中引入不同量的Fe虽然能显著减少甲烷的形成量，但也导致催化剂活性下降(乙烷的转化率显著下降)。例如，与浸渍有0.04wt％Pt的ZSM-5催化剂相比，将0.08wt％Fe与0.04wt％Pt共浸渍到ZSM-5上时，虽然甲烷的选择性由38.09％降至24.24％，但乙烷的转化率的也由60.39％降至50.89％。

此外，良好的催化剂还需要具备较高的稳定性，在反应过程中，催化剂的快速失活特性得其需要持续再生以维持良好的活性。若使用稳定性较高的催化剂，不仅有利益简化工艺，而且还能节省固定成本和可变成本。而US8772563、US 8692043和US 8871990也均未能解决催化剂快速失活的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种芳构化催化剂及其制备方法和应用。本发明的芳构化催化剂用于低碳烷烃的芳构化反应，不仅能提高产物中芳烃的选择性、降低甲烷的生成，而且该催化剂在降低甲烷选择性的同时不会导致乙烷转化率下降，催化剂具有较高的稳定性。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种芳构化催化剂，该催化剂包含载体以及负载在载体上的金属活性组分，其中，所述金属活性组分包括铂，所述载体包含沸石和可选的粘合剂，且载体的外表面酸度不高于12μmol/g。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种制备所述芳构化催化剂的方法，该方法包括：

1)成型

将沸石与粘合剂成型、焙烧；

2)改性

用含硅氧烷的溶液修饰步骤1)所得焙烧产物，然后依次进行固液分离、干燥和焙烧，得到外表面改性沸石；

3)负载